焊接冶金學(xué)基本原理-第4章-焊接熱影響區(qū)-PPT課件

1、第4章 焊接熱影響區(qū)內(nèi)容：焊接熱影響區(qū)組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn)焊接熱影響區(qū)的組織和性能從幾個(gè)問(wèn)題開(kāi)始焊接熱影響區(qū)組織和性能被焊金屬與合金系統(tǒng)的特點(diǎn)有相變材料無(wú)相變材料焊前母材的原始狀態(tài)冷作硬化狀態(tài)退火軟化區(qū)熱處理強(qiáng)化狀態(tài)退火軟化區(qū)退火狀態(tài)易淬火材料出現(xiàn)淬火硬化區(qū)4.1 焊接熱影響區(qū)的組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn)4.1.1 焊接時(shí)加熱過(guò)程組織轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)4.1.2 焊接時(shí)冷卻過(guò)程組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn)4.1.3 焊接條件下的CCT圖的建立及應(yīng)用4.2 熱影響區(qū)的組織和性能4.1 焊接熱影響區(qū)的組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn)焊接條件下與熱處理?xiàng)l件下 組織轉(zhuǎn)變，基本原理一致。焊接條件下的特點(diǎn)：1、加熱的溫度高 熱處理：最高AC3以上100-200，例如45

2、號(hào)鋼AC3：770 焊接近縫區(qū)：接近熔點(diǎn)，1350 2、加熱的速度快 比熱處理快幾十倍甚至上百倍。3、高溫停留時(shí)間短 手工電弧焊：4-20S，埋弧焊：20-40S。4、自然條件下連續(xù)冷卻5、局部加熱這就給焊接時(shí)的組織轉(zhuǎn)變帶來(lái)特殊性，與熱處理有著不同的規(guī)律，必須建立焊接條件下的金屬學(xué)理論！4.1.1 焊接時(shí)加熱過(guò)程組織轉(zhuǎn)變的特點(diǎn).加熱速度對(duì)相變點(diǎn)的影響 加熱速度越快（H ），AC1和AC3的溫度越高，溫差越大。.加熱速度對(duì)均質(zhì)化影響H快且tH小，均質(zhì)化差.近縫區(qū)的晶粒長(zhǎng)大加熱過(guò)程影響冷卻過(guò)程組織轉(zhuǎn)變。4.1.2 焊接時(shí)冷卻過(guò)程組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn)金屬學(xué)理論的等溫轉(zhuǎn)變及連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變。以熔合區(qū)附近（薄弱地帶

3、）為研究對(duì)象，分析冷卻組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn)。比較焊接條件下和熱處理?xiàng)l件 奧氏體轉(zhuǎn)變的不同特點(diǎn)。以45鋼、40Cr為例,比較焊接條件下和熱處理?xiàng)l件下,在相同的冷卻速度下組織轉(zhuǎn)變的差異。 閑問(wèn)：這2材料那個(gè)淬硬傾向大？特征：焊接條件下，CCT曲線左移，淬硬傾向降低。原因：碳化物合金元素不能充分溶解奧氏體內(nèi)部，不能增加奧氏體穩(wěn)定性（即增加淬硬傾向）。特征：焊接條件下CCT曲線右移，淬硬傾向增大。原因：沒(méi)有碳化物溶解過(guò)程，近縫區(qū)粗化，淬硬傾向增大。必須建立焊接條件下的組織轉(zhuǎn)變理論！4.1 焊接熱影響區(qū)的組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn)4.2 熱影響區(qū)的組織和性能4.2.1 熱影響區(qū)組織分布4.2.2 熱影響區(qū)的性能4.2 熱影響

4、區(qū)的組織和性能低碳鋼熱影響區(qū)4.2.1 熱影響區(qū)組織分布1、不易淬火鋼的熱影響區(qū)的組織分布（低碳鋼和某些低合金鋼，16Mn等）熱影響區(qū)根據(jù)組織特征，可分為，熔合區(qū)、過(guò)熱區(qū)、相變重結(jié)晶區(qū)（正火區(qū)），不完全重結(jié)晶區(qū)等。本課程按 如下劃分：過(guò)熱區(qū)、相變重結(jié)晶區(qū)，不完全重結(jié)晶區(qū)，再結(jié)晶區(qū)，（脆化區(qū)）。（1）、過(guò)熱區(qū)溫度：1100-1490 （包晶轉(zhuǎn)變線1495，跟成分有關(guān)）現(xiàn)象：加熱溫度高，在固相線附近，一些難熔質(zhì)點(diǎn)如碳化物和氮化物等溶入奧氏體，奧氏體晶粒嚴(yán)重長(zhǎng)大。組織：粗大的奧氏體在較快的冷卻速度下形成粗大的F和P,甚至過(guò)熱組織魏氏組織性能：脆性大，韌性很低。薄弱地帶。（2）、相變重結(jié)晶區(qū)（正火區(qū)或

5、細(xì)晶區(qū)）溫度：AC3-1100 現(xiàn)象：加熱和冷卻過(guò)程中經(jīng)受了兩次重結(jié)晶相變，使晶粒得到顯著的細(xì)化。組織：均勻細(xì)小的P和F,相當(dāng)于低碳鋼正火處理后的組織。性能：塑性、韌性都很好， 較好的綜合性能（3）、不完全重結(jié)晶區(qū)（不完全正火區(qū)）溫度：AC1-AC3現(xiàn)象：加熱溫度Ac1到Ac3之間，只有部分金屬經(jīng)受了重結(jié)晶相變組織：粗大鐵素體晶粒和細(xì)晶粒（P+F）的混合區(qū)，組織不均勻。性能：性能不均勻，韌性低于完全重結(jié)晶區(qū)（4）、再結(jié)晶區(qū)（針對(duì)冷軋態(tài)母材，熱軋態(tài)無(wú)此區(qū)）溫度：500 -AC1現(xiàn)象：加熱溫度500 到Ac1之間，金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化，只有晶粒外形的變化組織：等軸鐵素體晶粒性能：強(qiáng)度、硬度低于

6、母材，塑性和韌性提高。再結(jié)晶區(qū)為接頭的軟化區(qū)。另：對(duì)時(shí)效應(yīng)變敏感強(qiáng)的金屬，存在一個(gè)組織上與母材沒(méi)有差別，但塑性、韌性顯著低于母材的脆化區(qū)，一般認(rèn)為是熱應(yīng)變時(shí)效脆化。16Mn鋼焊接熱 影響區(qū)焊縫金屬母材熔合區(qū)過(guò)熱 區(qū)不完全重結(jié)晶區(qū)2、易淬火鋼熱影響區(qū)的組織分布跟母材焊前熱處理狀態(tài)有關(guān)。母材焊前調(diào)質(zhì)（或 淬火+中溫回火，淬火+低溫回火）：完全淬火區(qū)，不完全淬火區(qū)，回火區(qū)。母材焊前退火或正火：完全淬火區(qū)和不完全淬火區(qū)。（1）完全淬火區(qū)溫度：AC3 以上（即不易淬火鋼的過(guò)熱區(qū)和正火區(qū)）現(xiàn)象：快冷形成淬火組織組織：粗馬氏體（相當(dāng)于過(guò)熱區(qū)） +細(xì)馬氏體（相當(dāng)于正火區(qū)）性能：高硬度、低塑性韌性。（2）不完全

7、淬火區(qū)溫度：AC1-AC3(即不易淬火鋼的不完全重結(jié)晶區(qū)）現(xiàn)象：鐵素體基本不變，但長(zhǎng)大，P、B、S加熱轉(zhuǎn)換為A,冷卻轉(zhuǎn)變?yōu)镸組織：鐵素體和馬氏體等性能：脆性大、韌性低。溫度：原回火溫度-AC1現(xiàn)象：高于原回火溫度的區(qū)域發(fā)生回火，原回火溫度越低，熱影響區(qū)的回火區(qū)越大，組織性能變化較大組織：回火組織性能：回火軟化，AC1附近軟化最大，強(qiáng)度最低，又一薄弱環(huán)節(jié)。（3）回火區(qū)其它材料，如高溫合金等熱影響區(qū)的組織更復(fù)雜。熱影響區(qū)的組織分布是不均勻的，因而在性能上也不均勻，過(guò)熱區(qū)是一薄弱地帶。以上討論的是一般情況。4.2.2 熱影響區(qū)的性能一般考慮硬化、脆化、軟化及綜合力學(xué)性能等，或根據(jù)具體結(jié)構(gòu)考核腐蝕、疲

8、勞等性能。1、焊接熱影響區(qū)的硬化 熱影響區(qū)硬度是評(píng)價(jià)鋼種淬硬傾向的重要指標(biāo)。 因組織分布不均勻，所以硬度分布不均勻 出現(xiàn)最高硬度Hmax（一般在熔合線附近）， Hmax可間接判斷HAZ的性能，如強(qiáng)度、韌性、脆性及抗裂性。 Hmax出現(xiàn)原因？（1）碳當(dāng)量（Carbon Equivalent)簡(jiǎn)稱Ceq或CE，是反映鋼中化學(xué)成分對(duì)硬化程度的影響，它是把鋼種合金元素（包括碳）按其對(duì)淬硬（包括冷裂、脆化等）的影響程度折合碳的相當(dāng)含量。國(guó)際焊接學(xué)會(huì)(C0.18%,中等強(qiáng)度非調(diào)質(zhì)低合金鋼)日本焊接學(xué)會(huì)(C0.18%，較高強(qiáng)度低合金高強(qiáng)鋼)日本伊藤，C0.17%，b=400900MPa的低合金高強(qiáng)鋼 日本鈴

9、木，百合岡，近年來(lái)常用的公式（C=0.034%0.254%)（2）碳當(dāng)量及冷卻時(shí)間與HAZ最高硬度Hmax的關(guān)系（2）碳當(dāng)量及冷卻時(shí)間與HAZ最高硬度Hmax的關(guān)系 Hmax與鋼種化學(xué)成份及冷卻條件有關(guān)，是碳當(dāng)量及t8/5的函數(shù)。一般來(lái)講碳當(dāng)量越大、 t8/5越小，最高硬度Hmax越大，熱影響區(qū)的淬硬傾向（如脆化、冷裂）越大。HAZ最高硬度是反映鋼種焊接性的重要標(biāo)志，比碳當(dāng)量更準(zhǔn)確，每一鋼種有其允許最大允許Hmax 。 母材成分一定時(shí)，只能通過(guò)增加t8/5實(shí)現(xiàn)降低Hmax，也就說(shuō)通過(guò)調(diào)整焊接工藝來(lái)改善，如預(yù)熱、緩冷等。國(guó)產(chǎn)鋼硬度計(jì)算公式當(dāng)t8/5 M100 Hmax=52.0+147.0Pcm

10、 81lg t8/5鈴木公式粗略估計(jì)：Hmax(HV10)=140+1089Pcm 8.2t8/5；。(3)最低硬度2、焊接熱影響區(qū)的軟化經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理（或其它淬火的）的高強(qiáng)鋼 和經(jīng)沉淀強(qiáng)化及彌散強(qiáng)化的合金，焊接后HAZ出現(xiàn)軟化及失強(qiáng)。（1）調(diào)質(zhì)鋼的軟化 a.焊前回火溫度越低，即強(qiáng)化程度越大，軟化相對(duì)越嚴(yán)重。b.一般軟化最大部位在AC1附近。原因？（2）熱處理強(qiáng)化合金HAZ的軟化具有熱處理強(qiáng)化合金，可能會(huì)出現(xiàn)HAZ的軟化。比如LY12的過(guò)時(shí)效軟化等。3熱影響區(qū)的脆化碳錳鋼焊接熱影響區(qū)的韌性分布I一過(guò)熱區(qū) 一完全重結(jié)晶區(qū) 一不完全重結(jié)晶區(qū) 一藍(lán)脆區(qū)3熱影響區(qū)的脆化（1）粗晶脆化對(duì)于不易淬火鋼,主要是晶粒長(zhǎng)大,形成粗大魏氏組織(W),易淬火鋼,產(chǎn)生脆硬的孿晶M.此區(qū)處在焊縫與母材的過(guò)渡地帶,物理化學(xué)的不均勻性 。（2）組織脆化M-A組元脆化析出脆化（3）熱應(yīng)變時(shí)效脆化（時(shí)效脆化區(qū)）4、熱影響區(qū)的力學(xué)性能接頭力學(xué)性能包括焊縫及熱影響區(qū)，一般低合金鋼其實(shí)就是HAZ的性能。HAZ的力學(xué)性能研究方法：（1）HAZ不同部位的常規(guī)力學(xué)性能（2）熔合區(qū)附近過(guò)熱區(qū)的性能。（1）HAZ不同部位的常規(guī)力學(xué)性能（2）熔合區(qū)附近過(guò)熱區(qū)的性能。本章小結(jié)